KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG SỐ 70 (9/2020) 64 BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK Đặng Xuân Phong1, Đào Thị Thảo1, Trươn[.]
BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK Đặng Xuân Phong1, Đào Thị Thảo1, Trương Phương Dung1, Nguyễn Quang Minh1 Tóm tắt: Lượng mưa độ che phủ thảm phủ thực vật nhân tố đóng vai trị quan trọng ảnh hưởng tới thay đổi lưu lượng dòng chảy lưu vực sơng Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng yếu tố tới lưu lượng dịng chảy lưu vực sơng, lấy ví dụ lưu vực sơng Srepok Mơ hình SWAT-CUP với thuật tốn SUIF-2 áp dụng để mơ dịng chảy lưu vực năm 2005, 2010, 2015 2018 Kết chứng tỏ tính ưu việt mơ hình SWAT mơ dịng chảy làm sáng tỏ vai trò thay đổi độ che phủ thảm phủ thực vật tới dòng chảy Từ khố: SWAT, thay đổi thảm phủ, Srêpơk ĐẶT VẤN ĐỀ * Hệ thống lưu vực sông Srêpôk sông lớn Tây Nguyên phụ lưu quan trọng sông Mê Công Sông bắt nguồn từ vùng đất tỉnh Đăk Lăk, Việt Nam chảy qua tỉnh Ratanakiri Stung Treng, Campuchia Sơng Srêpork nằm phía Tây Trường Sơn chảy sang đất Campuchia trước nhập vào sông Mê Kong để sau lại chảy lại Việt Nam Tổng diện tích lưu vực Srêpơk 30.100 km2 diện tích nằm lãnh thổ Việt Nam 18.260 km2 (Viện QHTL, 2006) Vì vậy, hệ thống sơng liên tỉnh, liên quốc gia có ý nghĩa quan trọng phát triển kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phịng, mơi trường đối ngoại khơng Tây Nguyên mà với nước Trong năm gần đây, thay đổi dòng chảy gia tăng lượng xói mịn, bồi lắng lịng sông lưu vực diễn phức tạp, ảnh hưởng đến dân sinh môi trường Trong điều kiện tự nhiên Việt Nam, số nghiên cứu điển hình đánh giá tác động thay Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 64 đổi sử dụng đất, thảm phủ dòng chảy sử dụng tiêu hiệu chỉnh cho phù hợp (Tô Kiều Trang, 2009; Nguyễn Ý Như Nguyễn Thanh Sơn, 2009; Nguyễn Thị Ấu nnk, 2013) Tuy nhiên, nghiên cứu tác giả cập nhật bổ sung liệu năm gần mà mức độ thay đổi sử dụng đất thảm phủ đáng kể so với trước Qua đó, nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất qua giai đoạn khoảng từ năm 2005 tới 2018 đến lưu lượng dòng chảy Kết nghiên cứu sở khoa học quan trọng hỗ trợ cho công tác quy hoạch sử dụng đất lưu vực hướng tới phát triển bền vững DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Dữ liệu Các liệu sau thu thập xử lý theo định dạng chuẩn mơ hình SWAT bao gồm: Địa hình có độ phân giải 30m, đồ trạng sử dụng đất năm 2005, 2010, 2015 2018, đồ đất, số liệu khí tượng (lượng mưa, nhiệt độ khơng khí lớn nhỏ 10 trạm) (Bảng Bảng 2) thủy văn (lưu lượng dòng chảy trạm Giang Sơn, Bản Đôn) từ 2000-2018 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020) Bảng Danh sách trạm thu thập số liệu lượng mưa TT Tên trạm Năm thu thập Tọa độ (độ) Vĩ độ Kinh độ Cao độ (m) M’drak 2000-2018 12.733 108.750 419 Bản Đôn 2000-2018 12.883 107.783 70 Buôn Mê thuật 2000-2018 12.667 108.050 470 Buôn Hồ 2000-2018 12.917 108.266 707 Cầu 14 2000-2018 12.600 107.933 41 Đăk Mill 2000-2018 12.450 107.616 760 Đức Xuyên 2000-2018 12.300 109.000 150 Giang Sơn 2000-2018 12.500 108.183 50 Krông Buk 2000-2018 12.766 108.366 80 10 Lăk 2000-2018 12.367 108.200 423 Bảng Danh sách trạm thu thập số liệu nhiệt độ khơng khí TT Tên trạm Năm thu thập Tọa độ (độ) Vĩ độ Kinh độ Cao độ (m) Buôn Mê thuật 2000-2018 12.667 108.050 470 Buôn Hồ 2000-2018 12.917 108.266 707 M’Đrak 2000-2018 12.733 108.750 419 Hình Bản đồ sử dụng đất năm 2005 2010 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020) 65 Hình Bản đồ sử dụng đất năm 2015 2018 Hình Bản đồ thổ nhưỡng (trái) địa hình (phải) 2.2 Tổng quan mơ hình SWAT Mơ hình Soil and Water Assessment Tool (SWAT) (Neitsch nnk 2013) công cụ đánh giá nước đất xây dựng Tiến sĩ Jeff Arnold Trung tâm phục vụ Nghiên cứu Nông nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ Giáo sư Srinivasan thuộc Đại học Texas A&M, Hoa Kỳ Mơ hình SWAT mơ hình hóa chu trình thủy văn dựa phương trình cân nước: (1) 66 Trong đó: SWt: Tổng lượng nước cuối thời đoạn tính tốn (mm) SWo: Tổng lượng nước ban đầu ngày thứ i (mm) t: Thời gian (ngày) Rday: Tổng lượng mưa ngày thứ i (mm) Qsurf: Tổng lượng nước mặt ngày thứ i (mm) Ea: Lượng bốc thoát ngày thứ i (mm) Wseep: Lượng nước vào tầng ngầm ngày thứ i (mm) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020) Qgw: Lượng nước hồi quy ngày thứ i (mm) Mơ hình SWAT có nhiểu ưu điểm so với mơ hình tiền thân cho phép mơ hình hóa lưu vực khơng có mạng lưới quan trắc, mơ tác động thay đổi liệu đầu vào sử dụng đất, thực hành quản lý đất đai khí hậu (Neitsch et al., 2005) Trong nghiên cứu này, đồ sử dụng đất năm 2005, 2010, 2015 2018 xử lý đưa vào mơ hình Ngồi ra, liệu khí tượng thủy văn xử lý đưa vào mơ hình để đánh giá tác động thay đổi sử dụng đất đến lưu lượng dòng chảy mặt lượng bùn cát lưu vực Tồn q trình xử lý liệu chạy mơ hình thực theo Hình KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Trong lưu vực nghiên cứu, thơng số mơ hình xác định theo phương pháp dị tìm thơng số Rosenbrok Các thơng số chia làm nhóm thơng số sau: (i) Thơng số tính q trình hình thành dịng chảy mặt bao gồm: tính lượng mưa hiệu quả, tính lưu lượng đỉnh lũ, tính hệ số trễ dịng chảy mặt; (ii) Thơng số tính tốn dịng chảy ngầm; (iii) Thơng số diễn toán kênh Để so sánh giá trị tính tốn với giá trị thực đo, nghiên cứu sử dụng số NSE R2 làm hàm mục tiêu NASH tiến đến kết tính tốn xác cho theo cơng thức sau (2) (3) Trong đó: n số giá trị chuỗi quan trắc mơ phỏng; Hình Sơ đồ phương pháp luận cho mơ hình , đo trung bình; , mơ trung bình giá trị thực đo thực giá trị mô Bảng Bảng kết đánh giá mơ hình SWAT tiêu NSE R² Mức độ Chấp nhận Tốt Rất tốt NSE 0,50÷0,54 0,55÷0,65 > 0,65 0,50÷0,64 0,65÷0,81 > 0,82 R Trong nghiên cứu, tác giả sử dụng đồ sử dụng đất năm 2005 với chuỗi số liệu từ năm 2000 – 2005 để hiệu chỉnh mô hình sử dụng đồ sử dụng đất năm 2010 với chuỗi số liệu từ năm 2007 – 2013 để kiểm định lại mơ hình Bản đồ đất sử dụng chung cho giai đoạn Việc đánh giá lưu lượng dịng chảy lưu vực sơng Srêpơk sử dụng số liệu quan trắc hàng tháng trạm thủy văn Giang Sơn Giữa giá trị thực đo mô tiểu lưu vực số 15, cho thấy kết tương đối tốt, khoảng chấp nhận KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020) Hình So sánh Qtb_sim Qtb_obs trạm Giang Sơn (2000-2005) 67 Hình So sánh Qtb_sim Qtb_obs trạm Giang Sơn (2007-2013) 3.2 Biến động sử dụng đất qua giai đoạn 2005-2015 Nhìn góc độ động thái thay đổi giai đoạn trên, nhóm sử dụng đất có thay đổi qua giai đoạn, nhóm sử dụng đất có chuyển hóa qua lại với nhau, kết trình bày bảng Từ đó, rút số điểm chuyển đổi đất sử dụng sau: (i) Các loại rừng giảm mạnh, phần lớn diện tích đất chuyển sang trồng bụi bỏ trống, phần rừng rộng rụng ngày phát triển rộng thêm; (ii) Diện tích đất trồng cho công nghiệp, công nghiệp cao su nơng nghiệp giảm, diện tích mặt nứơc đất xây dựng tăng, thấy phần diện tích đất sử dụng cho việc xây dựng công trình lấy nước, tích nước Điều khiến cho dịng chảy ngầm; (iii) Diện tích đất trống khơng thay đổi Bảng Mức độ thay đổi loại hình sử dụng đất qua năm 2005 2015 TT Tên sử dụng đất (SWAT) 10 11 12 13 FRSE FODN FRSD PLAN SHRB COFF MIGS CRDY BARR AGRC URBN WATR RUBR Mức độ thay đổi Diện tích Diện tích Diện tích Diện tích 2005-2010 2010-2015 2015-2018 2005 2010 2015 2018 Diện tích Tỷ lệ Diện tích Tỷ lệ Diện tích Tỷ lệ (km2) (km2) (km2) (km2) (%) (km2) (%) (km2) (%) (km2) 923.8 776.5 289.8 150.2 -147.3 -16% -486.7 -63% -139.7 -48% 573.5 372.2 182.0 142.3 -201.3 -35% -190.1 -51% -39.7 -22% 4378.2 4948.5 5951.9 7442.3 570.3 13% 1003.4 20% 1490.4 25% 623.5 328.7 303.2 303.1 -294.8 -47% -25.5 -8% -0.1 0% 11.5 11.5 42.7 46.7 0.0 0% 31.3 272% 4.0 9% 2487.4 2228.1 2206.4 2170.8 -259.3 -10% -21.7 -1% -35.6 -2% 1795.6 1767.2 1822.7 1390.3 -28.5 -2% 55.5 3% -432.4 -24% 437.4 433.1 576.5 506.5 -4.3 -1% 143.5 33% -70.0 -12% 0.0028 0.0028 0.0028 0.0028 0.0 0% 0% 0% 0.0 0% 4584.1 4553.0 4358.0 4077.3 -31.1 -1% -195.0 -4% -280.7 -6% 61.1 133.9 134.8 172.6 72.8 119% 0.9 1% 37.7 28% 157.9 799.3 1092.0 307.8 641.3 406% 292.7 37% -784.2 -72% 1199.1 881.1 273.0 523.2 -318.0 -27% -608.1 -69% 250.2 0.9 (Dấu “-” chiều giảm) 3.3 Đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến lưu lượng dòng chảy lượng bùn cát lưu vực Lưu lượng dòng chảy đại lượng thể lượng nước chảy qua mặt cắt (sông, suối) thời gian giây thay đổi lưu lượng thay đổi phụ thuộc vào lượng mưa, độ che phủ thảm phủ thực vật Nghiên cứu mô dịng chảy cửa xả lưu vực Nhìn vào bảng 5, thấy rõ phân bố dịng 68 chảy khơng theo thời gian cách rõ rệt, thời gian đầu mùa khơ dịng chảy sinh không lớn vào tháng đầu năm lưu vực lượng mưa ít, sau mưa xuất với cường độ mạnh bề mặt lưu lượng dòng chảy mặt tăng dần Đặc biệt, dòng chảy tăng mạnh vào tháng mùa mưa (7, 8, 9, 10), đến tháng 12 dòng chảy bắt đầu giảm dần đến tháng có giảm mạnh dịng chảy vào mùa khơ KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020) Bảng Dịng chảy tính tốn lượng mưa trung bình tháng lưu vực Lượng mưa trung bình tháng lưu vực (mm/tháng) Tháng/năm 2005 2010 2015 2018 4.1 36.6 2.7 17.5 6.0 3.3 7.0 7.6 23.7 18.8 16.3 59.1 75.9 88.5 42.0 92.2 202.1 133.9 169.8 191.8 186.3 178.7 247.8 240.7 290.9 257.2 239.2 311.8 362.6 229.7 241.6 303.0 401.2 206.7 234.2 317.4 10 204.0 269.7 156.5 77.9 11 106.0 267.4 91.6 94.1 12 114.5 32.0 28.3 70.6 X_tb 164.8 143.5 123.1 148.6 Dịng chảy tính tốn (m3/s) Tháng/năm 10 11 12 Qtb_năm Ngồi nhìn vào bảng 4, thấy mức độ thay đổi việc sử dụng đất qua năm Như vậy, thấy lưu lượng tăng hay giảm phụ thuộc vào lượng mưa mà phụ thuộc vào việc thay đổi cấu sửu dụng đất lưu vực Như phân tích biến động sử dụng đất, độ che phủ thảm phủ thực vật giảm số loại rừng giảm, diện tích xây dựng tăng, nhiên rừng rộng rụng bụi tăng mạnh, cụ thể: Từ năm 2005 - 2010: hầu hết diện tích lớp phủ thực vật giảm, thay vào diện tích xây dựng khu chứa nước tăng, khiến mực nước ngầm giảm lớp phủ thực vật giảm Tuy nhiên, lượng mưa năm 2010 lại giảm làm dòng chảy mặt giảm Từ năm 2010 - 2015: diện tích trồng rừng rộng rụng bụi tăng mạnh, điều làm cho dòng chảy ngầm tăng lên, dòng chảy mặt giảm, them vào lượng mưa năm 2015 lại giảm khiến dịng chảy mặt giảm mạnh Từ năm 2015 - 2018: diện tích rừng rộng rụng diện tích xây dựng lại tăng mạnh, làm dòng chảy mặt chảy tràn bề mặt nhiều, lượng mưa năm 2018 tăng lên, 2005 362 333 284 257 325 381 503 719 1019 815 713 752 539 2010 762 700 597 537 535 542 672 696 796 792 937 692 688 2015 587 538 459 415 424 566 564 626 638 629 547 466 538 2018 571 524 447 407 466 480 526 606 859 640 626 565 560 khiến dòng chảy mặt dòng chảy ngầm bổ sung KẾT LUẬN Qua trạng sử dụng đất lượng mưa năm 2005, 2010, 2015 2018, thấy lưu lượng thay đổi nhiều lượng mưa việc thay đổi cấu đất sử dụng lưu vực Mặt khác, thực tế dòng chảy mặt giảm, dòng chảy ngầm dòng chảy kênh tăng giữ nước thảm phủ Tuy nhiên, ảnh hưởng yếu tố mưa nên dòng chảy ngầm dòng chảy kênh ảnh hưởng nhiều Qua kết cho thấy, mơ hình SWAT mơ hình tích hợp, mơ q trình diễn mơi trường đất nước Điều giúp người sử dụng đánh giá chất lượng nước và đất diện rộng phức tạp LỜI CẢM ƠN: Bài báo phần kết nghiên cứu đề tài TN18/T10 Tập thể tác giả báo xin chân thành cảm ơn Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam cấp kinh phí để triển khai thực đề tài KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020) 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Kim Lợi, Lê Hoàng Tú, Nguyễn Duy Liêm, (2013) Tài liệu hướng dẫn sử dụng mơ hình SWAT phiên 2012 (ArcSWAT 2012, ArcGIS10.0/10.1) Trường Đại học Nơng lâm TP Hồ Chí Minh Nguyễn Ý Như, Nguyễn Thanh Sơn, 2009 Ứng dụng mơ hình SWAT khảo sát ảnh hưởng kịch sử dụng đất dịng chảy lưu vực sơng Bến Hải Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội số 3S (2009): 492 – 498 Nguyễn Thị Tịnh Ấu, Nguyễn Duy Liêm Nguyễn Kim Lợi "Ứng dụng mơ hình SWAT cơng nghệ GIS đánh giá lưu lượng dịng chảy lưu vực sơng Đắk Bla." VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences 29, no (2013) Tô Kiều Trang (2009) Ứng dụng GIS mô hình SWAT đánh giá tác động thay đổi sử dụng đất tác động đến môi trường huyện Dĩ An tỉnh Bình Dương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐH Nơng Lâm TP.HCM Viện Quy hoạch Thủy lợi (2006) Quy hoạch tổng hợp bảo vệ nguồn nước lưu vực sông Srêpôk Neitsch S.L., Arnold J.G., Kiniry J.R and Williams J.R., (2005) Soil and Water Assessment Tool, Theoretical Documentation: Version 2005 Agricultural Research Service and Texas A&M Blackland Research Center, Temple, TX, USDA Abstract: EVALUATION OF EFFECTS OF CHANGES IN LAND USE ON DISCHARGE IN THE SREPOK RIVER BASIN Precipitation and land cover are important factors that affect the changes in discharge in the river basin Therefore, the purpose of this study is to interpret the effects of these factors on the discharge in the river basin, taking Srepok as a pilot basin SWAT-CUP model with SUFI-2 is applied to simulate discharge in years 2005, 2010, 2015 and 2018 The results illustrate the superiority of SWAT model in simulating the discharge and interpreting the role of land use changes in discharge Keywords: SWAT, Landuse change, Srêpôk Ngày nhận bài: 07/8/2020 Ngày chấp nhận đăng: 14/9/2020 70 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020) ... -147 .3 -16% -486.7 - 63% - 139 .7 -48% 5 73. 5 37 2.2 182.0 142 .3 - 201. 3 -35 % -190.1 -51% -39 .7 -22% 437 8.2 4948.5 5951.9 7442 .3 570. 3 13% 10 03. 4 20% 1490.4 25% 6 23. 5 32 8.7 30 3.2 30 3.1 -294.8 -47% -25.5... 0.0 0% 31 .3 272% 4.0 9% 2487.4 2228.1 2206.4 2 170. 8 -259 .3 -10% -21.7 -1% -35 .6 -2% 1795.6 1767.2 1822.7 139 0 .3 -28.5 -2% 55.5 3% - 432 .4 -24% 437 .4 433 .1 576.5 506.5 -4 .3 -1% 1 43. 5 33 % -70. 0 -12%... thu thập số liệu lượng mưa TT Tên trạm Năm thu thập Tọa độ (độ) Vĩ độ Kinh độ Cao độ (m) M’drak 2000- 2018 12. 733 108.750 419 Bản Đôn 2000- 2018 12.8 83 107.7 83 70 Buôn Mê thuật 2000- 2018 12.667